(完整版)血管支架设计

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颅内外血管病变支架的设计与选择

颅内外血管病变支架的设计与选择支架作为血管内使用的材料，早期主要用于处理和预防血管再狭窄，随着介入技术的发展，其临床应用的领域不断拓展。

可用于血管的支架种类繁多，临床上应根据病变基础及解剖特点进行选择。

在支架分类方面，根据网孔设计，分为开环支架和闭环支架；根据打开方式，分为自膨式支架和球扩支架；而根据制造工艺，则分为激光雕刻支架和编织支架。

另外，根据材料不同，有不锈钢支架、镍钛合金支架和钴铬合金支架之分；根据支架的结构，有标准单腔支架、分叉支架和开口支架之分。

临床上还有一些根据特殊需要设计的支架，如药物涂层支架、覆膜支架等。

支架是由金属丝构成的网格状结构，金属丝围成的空间成为网孔。

闭环支架，顾名思义，指支架的网孔是完全闭合的，而开环支架，则指支架的网孔非完全闭合。

金属丝围成的最大区域称为网孔游离区，在闭环支架，网孔游离区为单个网孔，而在开环支架，网孔游离区则由多个网孔围绕而成。

正由于这种设计的差异，闭环支架和开环支架相比具有网孔小、径向支撑力大的优点，但血管贴壁性较差，尤其在迂曲的血管。

另外，闭环支架比开环支架更容易释放和回收。

了解不同支架的特点在临床上非常重要，对于症状性颈动脉狭窄的患者，使用闭环支架时，斑块通过网孔凸至管腔，进而脱落造成缺血事件的风险较低，而对于迂曲的血管，选择开环支架比较合理，因为它具有较好的贴壁性和柔顺性，不易造成支架远端或近端血管折弯。

一项纳入3 179例颈动脉支架置入术的回顾性研究发现，在症状性颈动脉狭窄患者，迟发性脑栓塞的发生率在开环支架组明显高于闭环支架组，这提示，对于症状性颈动脉狭窄的患者，应尽可能选择闭环支架。

如前所述，根据支架的释放方式，有自膨式支架和球扩支架之分。

球扩支架被安装在非顺应性球囊的外面，通过压力泵加压释放，球扩支架的材质通常是不锈钢或铬。

释放了的球扩支架如果受到压迫或折屈，容易折弯。

球扩支架的径向支撑力较好，因此对于钙化严重的开口处狭窄比较合适。

血管支架3D建模教程

血管支架建模教程
基本思路：
●绘制单杆草绘模型，镜像生成整体模型；
●绘制封闭的草绘图，创建面；
●拉伸面，生成展开实体模型；
●利用环形折弯，设置折弯半径为2.5mm，生成外径为5mm的支架；
建模步骤
建模软件：Creo4.0；
文件→准备→模型属性，设置单位为mmNs，如下图所示：
Figure 1单位系统
绘制单杆模型，而后利用连续镜像生成整体草绘图， 1.121998mm（显示1.12mm）为相邻波峰水平间距的一半。

Figure 2整体草绘图
●通过绘制封闭线条，绘制面模型，下图所示：
Figure 3创建面
●拉伸，设置拉伸厚度，如下图所示：
Figure 4拉伸选项
Figure 5整体展开模型●模型→工程→环形折弯
在轮廓截面选项单击”编辑”：
Figure 6选择折弯选项
在草绘窗口按照下图选择草绘平面及参考面，而后选择“草绘”。

Figure 7选择草绘视图
绘制折弯路径（两红色端点表示的线）及旋转坐标系，如下图所示：
Figure 8设置折弯坐标系
折弯方式选择“折弯半径”，半径设置为2.5mm，而后选“√”，如下图所示
Figure 9设置半径
完成绘制后外圆半径为2.5mm，如下图所示：
Figure 10完成建模
模型处理
在ANSYS SCDM中进行模型处理，在ANSYS SCDM中利用“切割实体”与“合并实体”功能合并断口，并切分出约束点，如下图所示：
Figure 11合并断口。

血管支架实用.pptx

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与其它常用金属基生物材料相比，镁合金具有以下优势 (1)镁在人体内的正常含量为25g，半数存在于骨骼中。镁及镁合金的密度远低于钛合金，与人骨密度接近。
(2)镁是人体细胞内的阳离子，其含量仅次于钾，镁参与蛋白质的合成，能激活体内多种酶，调节神经肌肉和中枢神经系统的活动，保障心肌正常收缩及体温调节。
• 目前常用的金属植入物是生物惰性材料,长期固定并留在快时有一定弊端，治愈后如需拆除则要进行第二次手术,增加了治疗费用和患者的痛苦。
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• 时间分离法
1 定义物理矛盾 • 参数：血管支架 • 要求（1）：需要
要求（2）：不需要
2 时间 • 时间（1）：血管修复期时间（2）：血管修复后
整个介入手术，可分为外周介入（外周血管介入）、冠脉介入（冠状动脉介入）、神经介入三大类。与之对应有各类支架。
再狭窄是指成功介入治疗手术,受治疗冠脉局部损伤后“愈合”反应而造成局部血管腔的再次狭窄。
1.弹性回缩动脉扩张段在扩张后回到原来口径的作用或趋势，一般引
2) 内膜增生速生
起管腔狭窄、血流减少和动脉压降低。由于动脉壁的损伤而引起的平滑肌的增生（细胞快
镁合金是最早被用于研制可降解血管支架的金属材料，2006年，美国 ACC 年会 Summit 论坛上，德国 Erbel 医生公布了镁合金冠状动脉可降解金属支架的人体研究结果:该中心 63 例患者达到预期治疗效果，手术成功率高，镁合金支架在冠脉重建中与核磁成像( MＲT) 和 CT 兼容，无支架内血栓形成，
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血管堵塞达何种程度需注意？当斑块生长导致血管狭窄超过50%以上时，就会影响血流，
当堵塞超过70%以上时，就会出现各类不适症状，此时必须开始进行相应的评估和治疗，以防心脑血管疾病的发生。

可降解聚合物血管支架结构优化设计

可降解聚合物血管支架结构优化设计赵丹阳;刘韬;李红霞;王敏杰【摘要】Due to the low stiffness of polymers, polymeric stent has lower radial support capability compared to metallic stent. Therefore, the width and thickness of the stent are usually increased to improve its radial support capability, which can not only reduce the flexible performance of the stent and the area of the vascular lumen, but also increase the surface coverage and thus increase the risk of in-stent restenosis. In order to design polymeric stent with smaller strut width and thickness and improve its radial support capability, an optimization method combining with Kriging surrogate model and finite element method was used to optimize the geometries of stent. Kriging surrogate model was used to construct the approximate function relationship between design objectives and design variables. Optimized Latin Hypercube Sampling method was used to select the initial sample points. EI function was used to balance global and local search and tend to find the global optimal solution. As an example, ART18Z polymeric stent was studied in this paper. Firstly, the strut width and thickness of the stent were respectively reduced by 0.02 mm, and then the optimization method was used to optimize the key geometric parameters of ART18Z stent. The numerical results show that the overall service performance of ART18Z stent was improved after optimization and the proposed optimization method can be effectively applied to the optimal design of the polymeric stent.%聚合物血管支架由于材料刚度较低导致其径向支撑能力相对于金属血管支架较弱,通常采用增大支架筋宽和厚度的方式来提高其径向支撑能力,但这不仅会降低支架的柔顺性能,减小血管管腔获得面积,还会增大表面覆盖率,从而增大支架内再狭窄的风险.为了设计出具有较小筋宽和厚度的聚合物血管支架,提高其径向支撑能力,本文采用一种将Kriging 代理模型和有限元方法相结合的优化方法来优化支架的结构.采用Kriging代理模型建立设计目标和设计变量之间近似的函数关系,采用优化拉丁超立方抽样方法选取初始样本点,采用EI函数平衡局部和全局搜索,以便获得全局最优解.选取ART18Z聚合物支架作为算例,首先将支架的筋宽和厚度各减小0.02 mm,然后采用优化方法优化ART18Z支架的几何结构参数.数值结果表明,优化后ART18Z支架的综合服役性能得到改善,文中提出的优化方法能有效地应用于聚合物血管支架的优化设计.【期刊名称】《力学学报》【年(卷),期】2017(049)006【总页数】9页(P1409-1417)【关键词】可降解聚合物,血管支架,力学性能,Kriging;代理模型,优化设计【作者】赵丹阳;刘韬;李红霞;王敏杰【作者单位】大连理工大学机械工程学院,大连 116023;大连理工大学机械工程学院,大连 116023;大连理工大学机械工程学院,大连 116023;郑州大学微纳成型技术国家级国际联合研究中心及河南省微成型重点实验室,郑州 450001;大连理工大学机械工程学院,大连 116023【正文语种】中文【中图分类】R318.01随着微创介入治疗技术的发展，血管支架植入术已经发展成为治疗心血管狭窄率疾病最有效的方法之一.可降解聚合物血管支架是血管支架的重要发展方向，它避免了永久性金属支架作为永久异物所导致的炎症反应、平滑肌增生和迁移、内膜增生以及细胞外基质的聚集等病变引起的支架内再狭窄和远期安全性问题[1-8].然而，聚合物血管支架由于聚合物材料本身的弹性模量较低导致支架径向支撑能力相对于金属血管支架较弱，在球囊扩张并卸载后支架产生较大的径向弹性回缩，减小了支架内管腔获得面积和血管内血流通过量，并影响血管管腔重塑[9].目前，通常采用增大支架筋宽和厚度的方式来提高聚合物支架的径向支撑能力，如Ideal支架的厚度是0.2mm，Igaki-Tamai支架和ART18Z支架的厚度均为0.17mm，BVS支架和DeSolve支架的厚度都是0.15mm[10-11].然而，增大支架的筋宽和厚度不仅会降低支架的柔顺性能，减小血管管腔获得面积，而且较大的表面覆盖率还会增大新生内膜增生几率，从而增大支架内再狭窄的风险.所幸的是，支架的结构也会对支架的力学性能产生影响，可以通过改进支架的结构设计来改善支架的力学性能. 目前，血管支架结构设计的研究主要依赖于实验和临床，存在许多的困难和局限性，不仅费时，难度大而且成本较高，同时，某些重要参数，如支架结构内部的应力和应变分布等也较难通过实验获取.随着计算机科学技术的发展，数值计算技术模拟分析血管支架行为的研究解决了仅依靠实验存在的困难和局限，近年来被广泛采用.目前基于数值计算的支架结构设计主要是结构参数的对比分析，即对比分析几款不同结构的支架设计，或同款结构几组不同尺寸参数支架设计的力学性能，从中选取力学性能“最好”的一个设计作为支架的“最佳”设计[12-21].这种方法易于研究影响支架设计的因素，但只能在有限个设计中选取“最佳”设计，不能在设计区间内找出全局最优设计.并且，支架的有限元计算涉及到大变形和弹塑形共存等非线性问题，单个计算量较大，而要找到较好的支架设计，需要做大量的对比分析，其计算量将十分巨大.与对比分析法相比，代理模型的方法能建立设计变量和设计目标之间难以显性表达的近似函数关系，将复杂的工程问题转化为可求解的数学问题，大大降低计算成本.将数值计算与代理模型相结合的优化算法能更简便快捷地对支架进行优化.Atherton和Bate[22]用代理模型的方法研究了支架对血管的壁面剪切应力的影响，优化了支架结构.Harewood等[23]用代理模型研究了支架一个单环的径向刚度.Clune等[24]利用响应面技术优化了支架的抗疲劳特性.在众多代理模型技术中，Kriging代理模型在对未知信息的模拟精度上具有明显的优势，并且其计算模型更加简洁，能够更加方便地应用于工程问题的研究.Kriging代理模型包含参数模型和非参数随机过程两个因素，因此，比仅具有参数模型的插值方法[25-26]在具体应用中更加灵活，比非参数化模型具有更强的全局预测能力.Li等[27-28]利用基于Kriging代理模型的自适应优化算法分别优化了支架结构和支架涂层，消除了支架扩张过程中的狗骨头效应，延长了药物释放的有效时间.李红霞等[29]采用与有限元技术相结合的Kriging代理模型对基于不同扩张模拟方式的支架进行了优化.Pant等[30]采用Kriging代理模型优化了支架力学性能、药物释放效果和柔顺性能.Srinivas等[31]对简化的支架二维稳态流动模型进行了优化.利用代理模型技术，使得血管支架更为复杂和细致的研究成为可能.综上所述，针对目前可降解聚合物血管支架普遍存在的径向支撑能力较弱的问题，为了设计出具有较小筋宽和厚度，同时具有较好支撑性能的聚合物血管支架，本文以ART18Z聚合物支架为研究对象，先将其筋宽和厚度各减小 0.02mm，即支架的筋宽减小15.38%，厚度减小13.33%，然后采用改进的Kriging代理模型的优化方法，以减小支架扩张后的径向弹性回缩为设计目标，对其结构进行优化设计，以达到改善ART18Z聚合物支架服役性能的目的.以长 13.75mm，厚 0.17mm，外直径 3.36mm的ART18Z支架为研究对象.带有直桥连接单元的ART18Z聚合物支架的三维模型如图1所示.采用血管、血栓、支架和球囊的三维分析模型进行有限元分析，利用ANSYS软件包分析聚合物支架在狭窄血管内的扩张过程，其三维有限元模型如图2所示.由于整个模型具有对称性，故在此研究中选取了整个模型的1/12(周向1/6、轴向1/2)进行模拟计算.在支架扩张过程计算的有限元模型中，血管长7.9mm，厚度保持一致，均为0.15mm；血栓斑块近端的厚度为0.48mm，远端的厚度为0.08mm，在扩张开始的时候血栓斑块并没有与支架接触；球囊长7.75mm，厚0.05mm. PLLA具有良好的生物相容性和可控的降解速率，在可降解聚合物血管支架的制备上具有广阔的应用前景.ART18Z支架材料为PLLA，其弹性模量为3363MPa，泊松比0.45，屈服强度40MPa，等效为双线性、各向同性弹塑性材料.血管和血栓弹性模量分别为1.75MPa和2.19MPa，泊松比均为0.499，等效为线性、各向同性的近似不可压缩材料.球囊的弹性模量参数为C10=1.0688MPa，C01=0.710918MPa，泊松比0.495，等效为超弹性橡胶材料.在进行有限元分析中，血管、血栓和支架均采用8节点Solid 185实体单元，球囊则采用4节点Shell 181壳单元.模拟过程中的材料性能参数来源于文献[32].材料属性如表1所示.支架扩张是一个非线性大变形过程，本文采用具有较高计算精度的六面体网格划分模型.考虑球囊和支架的接触，以及支架和血栓的接触.为模拟支架在球囊膨胀作用下扩张和球囊卸载后支架的变形过程，在球囊上施加两步径向位移载荷：第一步，将支架的外直径扩张到血管的内部直径；第二步，将球囊卸载到最初的状态.血管、血栓、支架和球囊的对称部分施加对称约束，球囊远端约束轴向刚体位移，血管、血栓和支架的远端自由.在扩张过程中，支架在球囊膨胀的作用下逐渐被扩张，将狭窄血管撑开.当球囊卸载后，支架由于塑性变形仍然处于扩张状态，从而支撑狭窄血管.图3描述的是聚合物支架在狭窄血管内的膨胀过程，其中(a)∼(c)指的是支架从原始状态逐渐扩张到最大程度的过程，(d)∼(e)描述的是球囊卸载后的过程.径向回缩率(radial recoil,RR)是血管支架扩张性能的重要技术指标.由于PLLA材料刚度较低，导致PLLA支架的径向支撑能力较弱，支架在球囊卸载之后会出现较大的径向弹性回缩，这将减小血管内血流通过量，并影响血管管腔重塑.此外，支架的覆盖面积较大还会造成血管壁的内膜增生，因此通常将其限制在20%以下.本文先将支架的筋宽和厚度各减小0.02mm，然后以支架的关键结构尺寸为设计变量，以支架扩张后的径向弹性回缩为设计目标对支架进行优化设计，优化问题可定义为式中，Rloading是支架完全扩张时的半径，Runloading是卸载后支架的半径，X 是支架的设计变量，包含支架的几何参数a和b，如图1所示，图中a和b分别是菱形孔的长和宽；Xu和Xd分别是设计变量的上下限，且2.2mm6 a 62.6mm，1.4mm6 b 61.6mm.在工程优化设计中，采用代理模型建立设计变量与设计目标之间难以显性表达的函数关系，可将复杂工程问题转化为可求解的数学问题，大大降低计算成本.采用基于改进的Kriging代理模型的优化算法对血管支架进行优化设计过程的流程如图4所示，其主要过程为：(a)定义优化问题，即定义设计变量、设计目标和约束条件；(b)通过优化拉丁超立方取样方法获取初始样本点，并通过有限元分析计算每个设计样本点，得出每个样本点的响应值(即径向回缩率)；(c)基于样本点信息，Kriging代理模型采用二次多项式响应面形式来构建设计目标和设计变量之间近似的函数关系；(d)选择样本点中响应值最小的点作为优化程序执行的初始点，并选择优化算法来获得基于近似函数关系的最优设计；(e)检查收敛条件，当满足收敛条件时，优化程序停止.(1)Kriging代理模型Kriging代理模型是一种具有“统计性”的近似技术，包括回归部分和非参数部分，由多项式和随机分布组成式中，β为回归系数，f(x)为x的多项式，提供模拟的全局近似；z(x)为随机分布的误差，提供对模拟局部偏差的近似，具有如下统计特性式中，xi和xj是训练样本中的任意两个点，R(θ,xi,xj)是带有参数θ的相关函数，表征训练样本点之间的空间相关性.这里采用高斯相关函数式中，n为设计变量的数量，和为训练样本点的第k个分量.给定训练样本S=[x1,x2,···,xni]和对应的响应Y=[y1,y2,···,yns]，在式 (2)假定的基础上，任意一个待测点x*的响应值可由已知训练样本响应值Y的线性组合来表达则误差为把式(2)代入式(6)得式中，F=[f1,f2,···,fns],Z=[z1,z2,···,zns].为保证模拟过程的无偏性，误差的均值应该为0，即可得，FTc−f=0.则式(7)的预测方差为式中代表新样本点x*和各样本点的空间相关性.通过最小化预测值的预测方差来确定方差系数c，可以得到至此，可以根据式(12)得到任意新点x*处的预测值(2)取样方法采用优化拉丁超立方抽样方法取样，该方法由拉丁超立方抽样方法改进而来的.拉丁超立方取样的主要优点是确保选出的样本点可以代表样本空间中的所有部分，其次是这种取样方式获取的样本点数目不受变量维数限制，可以是任意整数，使用起来方便.但因为拉丁超立方取样具有随机性，会使得获取的样本点时好时差，因此，本文采用的是由Joseph等[33]提出的改进的拉丁超立方取样，即优化拉丁超立方取样.它是在拉丁超立方取样的基础上，以最小化样本点中点与点之间的两两相关性，并同时最大化点与点之间的距离为标准，对样本点的空间分布重新进行优化.图5为拉丁超立方取样及优化拉丁超立方取样图，通过比较可以看出优化拉丁超立方取样产生的样本点效果更好.(3)EI函数最大化期望提高是考虑预测值和预测方差加权的一种加点方法.期望提高(expected improvement，EI)是指计算在一个给定点的响应值目标提高的概率.对于任意一个设计点 x,在计算其响应值 y(x)之前，y(x)是未知的，但kriging能够预测它的均值和均方差σ2(x).假设当前最优设计的响应值为Ymin，则该点的响应值目标的提高I(x)=Ymin−y(x),它服从正态分布，则其概率密度函数为那么响应值目标提高的期望值为分部积分可得式中，Φ和ϕ分别为正则化概率分布函数和概率密度函数.式(16)右端包括两项之和，第1项为预测值与当前最优值Ymin之差乘以提高的概率，如果要求该项达到最大值，就需要求预测值和预测方差均很小，即该项要求寻找预测值小且预测准确的点；第2项为预测方差与概率密度函数的乘积，当预测的不确定性较大时该项较大，而概率密度函数又限制了预测值不可远离当前最优解.因此，最大化期望提高就是寻找具有以下特点的点：其预测值比当前最优响应值小，并且或者存在着较大的预测的不确定性.(4)收敛条件式中，Ymax和Ymin分别是样本点中最大和最小的响应值，fk和fk−1分别是通过ANSYS计算得到的第k步和k−1步的响应值，表示Kriging在第k步的预测值，ε1，ε2和ε3分别为给定的收敛精度.由于可降解聚合物血管支架优化设计中存在模型复杂、计算量大和高度的非线性等问题，本文采用改进的Kriging代理模型优化设计方法对ART18Z支架的关键几何尺寸进行优化设计.在该优化算法中，采用Kriging代理模型建立设计变量和设计目标之间近似的函数关系，运用优化拉丁超立方抽样方法获取最初样本点，并利用期望提高(EI)函数平衡局部和全局搜索，防止得到局部最优解.以支架的菱形孔的长和宽为设计变量，采用优化拉丁超立方抽样方法在设计空间内选取30个初始样本点，经过21步迭代后得到最优结果.表2对比了优化支架、原始设计支架和参照支架(在支架原始设计的基础上，仅将筋宽和厚度减小0.02mm，其他条件不变)的结果.与原始设计支架相比，优化支架与原始设计支架的径向回缩率差别很小，这说明即使优化支架的筋宽减小了15.38%，厚度减小了13.33%，但优化支架具有与原始设计支架相近的径向支撑能力；且优化支架筋宽和厚度较小，使得优化支架柔顺性优于原始支架，更利于支架在血管中的输送.此外，优化支架的表面覆盖率比原始设计支架的小，从而减小了新生内膜增生几率，降低了支架内再狭窄的风险；优化支架的血管管腔获得面积也比原始支架的大，血流流经血管更加通畅，有利于保证支架内血流通过量.总的来说，优化支架在明显减小筋宽和厚度的前提下，具有与原始设计支架相近的径向支撑能力，提高了支架的柔顺性，增大了血管管腔获得面积，降低了支架表面覆盖率，从而改善了支架的综合服役性能.与单纯减小支架筋宽和厚度的参照支架相比，尽管优化支架与其有相同的宽度和厚度，但是优化支架的径向回缩率比参照支架的小2.58%，这表明优化支架具有更好的径向支撑能力，而优化支架的血管管腔获得面积也比参照支架的大6.21%，更利于保证支架内血流通过量，且优化支架表面覆盖率与参照支架很相近.综上所述，虽然减小支架的筋宽和厚度有利于降低血管支架的表面覆盖率、增大管腔面积并提高支架的柔顺性，但单纯减小支架的筋宽和厚度，必然会降低支架的力学性能，尤其是径向支撑能力.然而，在减小支架筋宽和厚度的前提下，通过对支架结构进行优化设计，提高支架的力学性能，使其与筋宽和厚度较大的支架具有相似的力学特性，同时还能增大管腔面积，减小覆盖率，提高其综合服役性能，从而有利于降低再狭窄的风险.图6显示的是其他三个设计变量为最优值时，每个设计变量对径向弹性回缩的影响.支架的径向弹性回缩率随着支架筋宽和厚度的增大而减小，这是因为随着支架宽度和厚度的增大，支架的径向刚度也随之增大，从而使得支架的径向弹性回缩率减小.菱形孔的长度在设计范围内有一个最优值使得支架的径向弹性回缩最小，而菱形孔的宽度在设计范围有一个值使得支架的径向弹性回缩最大.这是因为研究的支架结构中，既有菱形也有六边形，而且他们共边.菱形的结构影响了六边形的几何结构，从而对支架的径向弹性回缩产生了影响.此外，支架的径向弹性回缩不仅与支架结构相关，而且与聚合物支架的材料和膨胀过程相关.本文针对可降解聚合物血管支架存在的径向刚度较弱，以及血管支架优化设计中存在的多重非线性耦合，传统的梯度类优化算法易落于局部最优，智能算法存在超大规模计算量的问题，提出了可降解聚合物血管支架的代理模型优化设计方法.并选取典型的ART18Z支架作为算例对其进行结构尺寸优化设计.经过优化后改善了该支架的综合服役性能.数值结果表明：该优化设计方法能有效地应用于可降解聚合物血管支架的结构优化设计.Kriging代理模型的优化算法具有较好的精确度和稳健性，对于多学科优化问题，尤其是对于解决支架优化这类模型复杂、计算量大、高度的非线性的问题具有很大优势.除了本文所提出的优化支架径向回缩的问题，此优化算法还能解决其他支架优化的问题，如改善支架的扩张性能、提高支架服役期的疲劳寿命、降低支架轴向缩短率等.Kriging代理模型的优化算法能有效地运用于血管支架的优化设计，建立设计目标和设计变量之间的近似函数关系，代替优化过程中费时的有限元计算，解决了冠脉支架设计中的设计目标与设计变量之间关系复杂且不能显式表达的问题，为血管支架的优化设计提供新的思路和方法.作为可降解聚合物血管支架优化设计的阶段性研究，本文在优化设计的目标函数中仅将径向弹性回缩作为设计目标，而将覆盖率作为约束来考虑，在后期工作中可在目标函数中适当考虑多个设计目标；此外，在优化过程中，对样本点的计算需要耗费大量计算量，在后期工作中可考虑血管支架优化设计的并行算法，以提高优化效率.【相关文献】1 Rivard A,Andr´es V.Vascular smooth muscle cell proliferation in the pathogenesis of atherosclerotic cardiovascular diseases.Histology and Histopathology,2000,15(2):557-5712 葛均波.支架内再狭窄 2014：当前问题.医心评论，2014(Ge Junbo.Intraventricular restenosis 2014:Current problem.Medical Heart Review,2014(in Chinese))3 葛均波,葛雷,黄榕翀.慢性完全闭塞病变介入治疗进展与展望.心血管病学进展,2007,28(2):165-167(Ge Junbo,Ge Lei,Huang Rongzhong.Advances in interventional therapy of chronic total occlusion.Advances in Cardiovascular Diseases,2007,28(2):165-167(in Chinese))4 高润霖.药物洗脱支架研究现状及进展.中国实用内科杂志,2006,26(15):1121-1123(Gao Runlin.Research status and development of drug-eluting stents.Chinese Journal of Practical Internal Medicine,2006,26(15):1121-1123(in Chinese))5 易勇,陈玉成,曾智.冠脉支架内再狭窄防治研究进展.心脏杂志,2003,15(6):560-562(YiYong,ChenYucheng,ZengZhi.Advances in prevention and treatment of coronary stent restenosis.Heart Magazine,2003,15(6):560-562(in Chinese))6 Sousa JE,Serruys PW,Costa MA.New frontiers in cardiology drugeluting stents:PartI.Circulation,2003,107(17):2274-22797 Jr DJ.Role of adjunct pharmacologic therapy in the era of drugelutingstents.Atherosclerosis Supplements,2005,6(4):47-528 刘赵淼,南斯琦,史艺.中等严重程度冠状动脉病变模型的血流动力学参数分析.力学学报,2015,47(6):1058-1064(Liu Zhaomiao,Nan Siqi,Shi Yi.Hemodynamic parameters analysis for coronary artery stenosis of intermediate severity model.Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics,2015,47(6):1058-1064(in Chinese))9 Bresslo ffNW.Multi-Objective Design of a Biodegradable Coronary ArteryStent.Cardiovascular and Cardiac Therapeutic Devices:Springer Berlin Heidelberg,2013:1-2810 Zhang YJ,Bourantas CV,Farooq V,et al.Bioresorbable sca ff olds in the treatment of coronary artery disease.Medical Devices Evidence&Research,2013,6(1):37-4811 Kraak RP,Grundeken MJ,Koch KT,et al.Bioresorbable sca ff olds for the treatment of coronary artery disease:Current status and future perspective.Expert Review of Medical Devices,2014,11(5):467-48012 Pauck RG,Reddy putational analysis of the radial mechanical performance of PLLA coronary artery stents.Medical Engineering&Physics,2014,37(1):7-1213 Rogers C,Tseng DY,Squire JC,et al.Balloon-artery interactions during stent placement:A fi nite element analysis approach to pressure,compliance,and stent design as contributors to vascular injury.Circulation Research,1999,84(4):378-38314 Etave F,Finet G,Boivin M,et al.Mechanical properties of coronary stents determined by using fi nite element analysis.Journal of Biomechanics,2001,34(8):1065-107515 Migliavacca F,Petrini L,Colombo M,et al.Mechanical behavior of coronary stents investigated through the fi nite element method.Journal of Biomechanics,2002,35(6):803-81116 Mori K,Saito T.E ff ects of stent structure on stent fl exibility measurements.Annals of Biomedical Engineering,2005,33(6):733-742.17 Wu W,Yang DZ,Huang YY,et al.Topology optimization of a novel stentplatformwithdrugreservoirs.MedicalEngineering&Physics,2008,30(9):1177-118518 DeBM,VanIR,VerheggheB,etal.Finiteelementanalysisandstent design:Reduction of dogboning.Technology&Health Care O fficial Journal of the European Society for Engineering&Medicine,2006,14(4-5):233-24119 Conway C,Sharif F,Mcgarry JP,et al.A computational test-bed to assess coronary stent implantation mechanics using a populationspeci fi c approach.Cardiovascular Engineering and Technology,2012,3(4):374-38720 Wang WQ,Liang DK,Yang DZ,et al.Analysis of the transient expansion behavior and design optimization of coronary stents by finite element method.Journal of Biomechanics,2006,39(1):21-3221 王伟强,王丽,杨大智等.血管支架有限元优化设计.生物医学工程学杂志,2008,25(2):372-377(Wang Weiqiang,Wang Li,Yang Dazhi,et al.Optimization of vascular stent fi nite element method.Biomedical Engineering,2008,25(2):372-377(in Chinese))22 Atherton MA,Bates RA.Robust optimization of cardiovascular stents:A comparison of methods.Engineering Optimization,2003,36(2):1-1123 Harewood F,Thornton R,Ireland M.Step Change in Design:Exploring Sixty Stent Design Variations Overnight C.Altair Product Design Workshop,201124 Clune R,Kelliher D,Robinson JC,et al.NURBS modeling and structural shape optimization of cardiovascular stents.Structural&MultidisciplinaryOptimization,2014,50(1):1-1025 杜超凡,章定国.光滑节点插值法:计算固有频率下界值的新方法.力学学报,2015,47(5):839-847(Du Chaofan,Zhang Dingguo.Node-based smoothed point interpolation method:A new method for computing lower bound of natural frequency.Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics,2015,47(5):839-847(in Chinese))26 杜超凡,章定国,洪嘉振.径向基点插值法在旋转柔性梁动力学中的应用.力学学报,2015,47(2):279-288(Du Chaofan,Zhang Dingguo,Hong Jiazhen.A meshfree method based on radial point interpolation method for the dynamic analysis of rotating fl exible beams.Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics,2015,47(2):279-288(in Chinese))27 Li HX,Wang XY.Design optimization of balloon-expandable coronarystent.Structural&Multidisciplinary Optimization,2013,48(4):837-84728 Li HX,Zhang YH,Zhu B,et al.Drug release analysis and optimization for drug-eluting stents.Scienti fi c World Journal,2013,2013(4):827-83929 李红霞,王希诚.基于不同扩张模拟方式的支架优化设计.哈尔滨工业大学学报,2011(s1):267-272(Li Hongxia,Wang Xicheng.The stent optimization design based on di ff erent expansion simulation.Journal of Harbin Institute of Technology,2011(s1):267-272(in Chinese))30 Pant S,Bresslo ffNW,Limbert G.Geometry parameterization and multidisciplinary constrained optimization of coronary stents.Biomechanics and Modeling in Mechanobiology,2012,11(1):61-8231 Srinivas K,Nakayama T,Ohta M,et al.Studies on Design Optimization of Coronary Stents.Journal of Medical Devices,2008,2(1):121-13632 Chua SND,Macdonald BJ,Hashmi MSJ.Finite element simulation of slottedtube(stent)with the presence of plaque and artery by balloon expansion.Journal of Materials Processing Technology,2004,155-156(6):1772-177933 Joseph VR,Hung Y.Orthogonal-maximin latin hypercube designs.StatisticaSinica,2012,18(1):171-186。

血管内支架结构的设计优化

【Ｗｒｅｓ１ＺＨｏｇｈｎｉｒｔ０ＵＹｎ — ｅｇ
ＬｂｏａｏｒｏｏｎｃＩｆｒａｉｎＴｅｈｏｙ，ｕｔｉａＮｏｒｌＵｎｉｅｒｉＧｕｇｈａｒｔｙｏｆＰｈｔｉｎｏｍｔｃｏｌｇＳｏｈＣｈｎｏｍａｖｓｔｙ，ａｎｚｏｕ，１０６５００
表１三种支架设计方案
Ｔａ１Ｔｈｅｅｓｇｎｈｔｎｂ．ｒｅｄｉｓｏｆｔｅｓｅｔ
编号
ａ
沟槽长度（ｍ
２Ｏ．
１８．１５．
４０．
４２．４５：
４Ｏ．
４０．４０．
的关系ｐ】一这要求有获得支架结构特征及变形行为的。
方法及优化支架形状结构的科学理论。
支架实体的二分之一（支架网梁的厚度为０Ｉ，图２ｏ．１Ｔ９ＴＩ１
由于血管内支架的价格高及其制备技术复杂性，采用试错实验确定支架设计参数需消耗大量资源『】５。．近６年来，人们研究出用有限元分析法计算支架的力学行为，并指导支架的形状设计，模拟结果与真实应用情况很接近ｌ】７，已被美国ＦＡ作为支架产品可靠性的评判Ｉ８Ｄ依据之一。本文用有限元法模拟了球囊扩张式不锈钢血管内支架在内压力作用下的变形过程，并通过计算机仿真显示出支架尺寸及应力大小的变化，这种仿真模拟方法可使血管内支架的结构设计方案更具科学性。
及变形应力。模拟结果表明通过改变支架结构的尺寸参数可获得均匀扩张的设计方案．并探索了降低支架变形应力大小的方法。【关键词】血管内支架：有限元分析：结构设计

血管支架 PPT课件

2.1支架的拓扑结构设计
四边形加载后的位移输出结果
➢ 随着非对称程度的增加，在一定到强化。
➢ Y轴方向上的微小位移则说明结构发生了转动。
2.1支架的拓扑结构设计
➢ 将建4模个: 非对称四边形经过长适度当为的2排m列m构，成支架的内基径本为单2元．。25 mm，
不显著。
➢ 生物可降解镁合金支架仅通过了欧洲标准，但大规模临床试验应用仍有待考察。
1.2 研究现状
• Kastrati等的研究表明，减小支架厚度可以明显减少支架内再狭窄的发生率。
• Timmins 等研究不同支架设计参数对于血流动力学的影响，并提出一种关于支架优化设计的方法。
• 智友海等利用有限元方法，分析生理脉动循环载荷作用下心血管支架结构的疲劳特性。
2.2.1 平面压缩法径向刚度测试
平面压缩法实验装置图
➢ 支架单元被放置在两个刚体平板之间，并在其中一个平板上施加 1 mm 的法向位移，同时固定另一个平板的全
部自由度，在平板与支架表
面之间建立无摩擦的接触关
系，平台的位移和受到的阻
力之间的关系即反映了支架的径向刚度。
➢ 实验中共使用 3 枚支架。进行对比验证。
平板压缩法结果对比
2.1支架的拓扑结构设计
➢ 为了解决径向刚度和轴向柔顺性之间的冲突，将上述非对称结构改进成一种多孔的模块化的交错布局支架。
➢ 确保支架在压握状态下不会出现支撑筋间的相互干涉。支架两端由非对称基本孔和菱形结构孔的组合形式以保证两端平齐。
支架基本孔结构及最终支架几何结构图
2.2 实验验证
三、结果和讨论
3.1径向刚度
➢ 非对称结构支架刚度比对照组高出约 30% 。尽管该支架的径向刚度低于最初设计的结构，但仍表现出比对称结构更高的径向刚度。

全降解血管支架开发生产方案(二)

全降解血管支架开发生产方案一、实施背景随着人们生活水平的提高和人口老龄化，心血管疾病的发病率逐年上升。

血管支架作为治疗心血管疾病的重要医疗器械，市场需求量不断增加。

然而，传统血管支架存在一些问题，如术后并发症、再狭窄等，同时部分患者存在对金属血管支架的过敏反应，严重影响生活质量。

因此，开发全降解血管支架具有重要意义。

二、工作原理全降解血管支架是基于生物可降解材料制成，可在体内完全降解的血管支架。

其工作原理是在血管狭窄处放置支架，通过球囊扩张支架，从而改善血管狭窄部位的血流量。

支架在体内可缓慢降解，最终被人体吸收。

三、实施计划步骤1.调研市场需求：了解心血管疾病患者数量、分布及治疗需求，分析血管支架市场现状及发展趋势。

2.筛选生物可降解材料：根据血管支架的生物相容性和力学性能要求，筛选适合的生物可降解材料。

3.设计血管支架结构：根据生物可降解材料的特性，设计出适合的血管支架结构，包括直径、长度、形状等。

4.制备样品：根据设计图纸和技术要求，制备全降解血管支架样品。

5.动物实验：将样品植入动物体内，观察其降解过程及对血管的影响，评估其生物相容性和有效性。

6.临床试验：在取得动物实验数据的基础上，进行小规模的临床试验，评估其安全性和有效性。

7.批量生产：根据临床试验结果，进行工艺优化和批量生产准备。

8.上市销售：取得医疗器械注册证后，正式上市销售。

四、适用范围全降解血管支架适用于治疗心血管疾病引起的血管狭窄，尤其适用于传统金属血管支架无法适用或效果不佳的情况，如复杂病变、多次手术等。

此外，全降解血管支架还可用于其他可降解材料的医疗器械开发。

五、创新要点1.采用生物可降解材料：全降解血管支架采用生物可降解材料制成，可在体内完全降解，避免了传统金属血管支架永久存留体内的缺点。

2.可降解材料与人体相容性好：全降解血管支架所采用的生物可降解材料具有良好的生物相容性，避免了部分患者对金属材料的过敏反应。

3.独特的结构设计：全降解血管支架具有独特的结构设计，使其在扩张时具有较好的弹性和支撑力，同时减少了对血管壁的损伤。

血管内覆膜支架系统(gore viabahn) 释放原理

血管内覆膜支架系统(gore viabahn) 释放原理
血管内覆膜支架系统是一种用于治疗血管疾病的医疗器械，它的释放原理通常涉及以下几个步骤：
1. 准备：在手术前，医生会进行血管造影等检查，以确定病变部位和血管的尺寸。

2. 引导和插入：通过血管内介入技术，医生使用导管将覆膜支架系统引导到病变部位。

3. 定位：在到达病变部位后，医生使用影像学技术（如X 射线透视）来确定覆膜支架的准确位置。

4. 释放：一旦覆膜支架处于正确位置，医生通过操纵导管上的控制装置，将覆膜支架从压缩状态逐渐释放，使其膨胀并贴合血管壁。

5. 扩张和固定：在释放过程中，覆膜支架可能需要进行扩张以确保与血管壁充分接触。

医生可以使用球囊扩张等技术来实现这一目标。

6. 最终评估：在释放和扩张完成后，医生会进行血管造影或其他影像学检查，以评估覆膜支架的位置、扩张程度和血流情况。

需要注意的是，具体的释放原理可能因不同的覆膜支架系统而有所差异。

此外，释放覆膜支架需要专业的医疗团队和设备，并在严格的手术操作规范下进行。

血管支架

那么是否永远不会出现再狭窄了呢？回答是否定的。一位支架植入9年的患者，出现了支架内再狭窄。出现这个情况的原因不一定完全归于支架本身，如果支架植入后的患者未能坚持服药，没有改变不良的生活方式，血压、血脂、血糖控制得不理想，原本正常的血管可能会产生新的病变，支架部位出现再狭窄也就不难理解了。所以，出现再狭窄可能是多种因素造成的。
（4）血管支架按照功能分可分为单纯支撑型支架和治疗型支架，治疗型支架包括在支架外表涂带药物或利用支架外的覆膜携带治疗物质的支架或放射性支架。
冠脉支架
冠脉支架是通过传统的球囊扩张导管，把支架植入血管狭窄区，以防止经皮腔内冠状动脉成形术后再狭窄。
冠脉支架介入治疗的适应症
பைடு நூலகம்
（1）大多数无症状心肌缺血或轻微心绞痛的患者，平板运动试验或24小时动态心电图监测证实有显著缺血的患者，为降低严重或致死性心脏事件的风险，应考虑选择冠脉支架术。
肾动脉支架
肾动脉支架是通过传统的球囊血管成形术的球囊扩张导管，把支架植入肾动脉血管狭窄区，以防止再狭窄。
脑
血管狭窄处可用血管内支架来扩张脑血管治疗脑缺血，脑血管支架是治疗缺血性中风的有效方法。缺血性中风，半数有颅内外动脉狭窄。
大动脉
大动脉（包括主动脉、腹主动脉等）在病理因素作用下局部薄弱后发生扩张而向外膨出，仅仅是外观形似"瘤 "，而并不是通常意义上所说的肿瘤，因而是一种良性疾病。最常见的原因是高血压和动脉硬化，其他原因有创伤、感染，也可能是先天性的。应用微创介入治疗技术可以有效的治疗此病症。
（2）血管支架按照在血管内展开的方式分可分为自展式和球囊扩张式两种。前者如Z型支架及眼状的支架等，其可在血管内自行扩张。后者自身无弹性，依靠球囊扩张到一定径值而贴附于血管内。

脑血管支架置入术(最全版)PTT文档

2.1.2 生活技能的培训因患者手术后需卧床24h，所有的基本生活所需如饮食、排便等都要在床上进行，因此这就需要提前做
好生活技能的培训。嘱患者平时多吃些蔬菜
和水果，避免食用甜汤、鸡蛋，防止便秘和胀气。手术前1~2天向患者介绍床上进食、饮水、服药、排便的方法并进行训练。进食、
饮水、服药时头可偏向一侧，排便时家属用
（3）服用抵克立得的患者在服药期间每15天复查外周血象1次，以防止白细胞减少。嘱患者平时多吃些蔬菜和水果，避免食用甜汤、鸡蛋，防止便秘和胀气。
的神志情况，严密监测生命体征由于穿刺侧下肢需保持伸直位6h，24h后方能下床活动，长时间的强迫体位极易引起烦躁、血压升高、尿潴留，患者会强烈要求坐起，
有的甚至自行坐起，护理人员要加强心理护理，承认其不适感，表示理解，向其说明此体位的重要性及坐起后的严重后果，以取得患
后3个月，来院复查B超，手术后1年复查DSA。另一方面又怀疑这一项技术的治疗效果，许多患者顾虑重重，因此手术前主动与患者沟通，鼓励其说出内心的想法，了解其顾虑的原
张，动脉血运重建，血压会改变，因，提供相应的帮助；
执行术前治疗医嘱，并为双侧腹股沟及会阴部进行备皮，清洗皮肤。
因此严密监测24h（1h 1次）血压由于手术前耐心细致地心理护理，本组30例手术均在病人的积极配合下顺利完成。
患者一方面因为对手术的部位、伤口大小、手术的时间、术中有无不适等缺乏了解，惧怕手术所带来的不适感及危险性；另一方面又怀疑这一项技术的治疗效果，许多患者顾虑重重，因此手术前主动与患者沟通，鼓励其说出内心的想法，了解其顾虑的原因，提供相应的帮助；主动地向患者介绍本治疗方法、治疗的安全性及治疗后所能达到的临床效果，以及有利于患者的护理和医疗信息；说明不良情绪可影响机体的防御功能，提高心脏的应激反应，于治疗有害而无利，反之，乐观的情绪主动的配合能提高治疗和护理，讲解术中可能出现的不良反应及如何配合的要领，如果有条件可以让手术成功者进行现身说明和介绍，以消除其不良心理，取得其理解和信任，增强其战胜疾病的意志和信心，积极地配合检查治疗和护理。由于手术前耐心细致地心理护理，本组30例手术均在病人的积极配合下顺利完成。